[发明专利]一种多轨迹、小振动冷摆辗机的结构优化设计方法

权利要求书

1.一种多轨迹、小振动冷摆辗机的结构优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获得冷摆辗机摆头质心点的加速度：

S101、建立冷摆辗机内偏心环、外偏心环以及摆头的三维模型；

S102、建立内偏心环和外偏心环的实际角位移的表达式，该实际角位移为考虑输入轴在力偶矩作用下产生的扭转角与角位移之和,

考虑两根输入轴分别在力偶矩M₁和M₂作用下产生的扭转角和分别为其中，G为剪切模量，D₁和D₂分别为两根输入轴的直径，l₁和l₂分别为两根输入轴的长度，则内偏心环和外偏心环的实际角位移和的方程为：

式中，q₁和q₂分别为内偏心环和外偏心环的角位移；

S103、根据内偏心环、外偏心环以及摆头的等效转动惯量方程、广义力方程和动力学方程，求出两根输入轴的力偶矩，进而求出内偏心环和外偏心环的实际角位移,内偏心环、外偏心环以及摆头的等效转动惯量J₁₁、J₂₂和J₁₂的方程为：

式中，e₁、m₁、ρ₁、J₁分别为外偏心环的偏心距、质量、质心到中心点的距离、转动惯量，e₂、m₂、ρ₂、J₂分别为内偏心环的偏心距、质量、质心到中心点的距离、转动惯量，m₃、ρ₃、L分别为摆头质量、质心到中心点的距离、摆头总长度；

外偏心环、内偏心环所受到的广义力Q1和Q2的方程为：

内偏心环、外偏心环以及摆头的动力学方程为：

将方程(3)和方程(4)带入方程(5)中，即可求出两根输入轴的力偶矩M₁和M₂，进而求出内偏心环和外偏心环的实际角位移和

S104、通过内偏心环和外偏心环的实际角位移，求出摆头质心点的轨迹方程,摆头质心点的三维轨迹方程为：

其中，

S105、根据求解出的摆头质心点的轨迹方程，将x₃、y₃、z₃分别对时间t求导，求出摆头质心点的合速度V：

将摆头质心点的合速度V对时间t求导，求出摆头质心点的加速度A：

S2、先取内偏心环和外偏心环偏心距相等，准确计算出摆头在不同运动轨迹下的摆头质心点的加速度，再令内偏心环和外偏心环偏心距不相等，以内偏心环和外偏心环偏心距的偏心距为变量、减小摆头质心点加速度的最大峰值为目标，对内偏心环和外偏心环进行结构优化设计，当加速度的最大峰值取得最小值时，对应内偏心环和外偏心环偏心距的取值即为内偏心环和外偏心环结构的最优解。

2.根据权利要求1所述的多轨迹、小振动冷摆辗机的结构优化设计方法，其特征在于，步骤S2中，采用遗传算法对内偏心环和外偏心环进行结构优化设计。